Sinds de ontdekking van restrictie-enzymen is het veld van de moleculaire biologie snel gevorderd vanwege het unieke vermogen van deze eiwitten om DNA op een specifieke manier te splitsen. Deze eenvoudige enzymen hebben een diepgaand effect gehad op onderzoek over de hele wereld; Vreemd genoeg hebben we bacteriën om te bedanken voor dit wetenschappelijke geschenk.

Beperkingseigenschappen en soorten van enzymen

Restrictie-enzymen, ook wel restrictie-endonucleasen genoemd, binden aan DNA en splitsen de dubbele streng af, vormen kleinere stukken van DNA. Er zijn drie soorten restrictie-enzymen; Type I restrictie-enzymen herkennen een DNA-sequentie en snijden de streng willekeurig meer dan duizend basenparen weg van de plaats. Type II restrictie-enzymen, de meest bruikbare voor moleculaire biologielaboratoria, herkennen en knippen de DNA-streng voorspelbaar op een specifieke sequentie die gewoonlijk minder dan tien basenparen lang is. Type III restrictie-enzymen zijn vergelijkbaar met Type I, maar deze knippen het DNA ongeveer dertig basenparen uit de herkenningssequentie.

Bronnen

Bacteriële soorten zijn de belangrijkste bron van commerciële restrictie-enzymen. Deze enzymen dienen om de bacteriecellen te beschermen tegen invasie door vreemd DNA, zoals nucleïnezuursequenties die door virussen worden gebruikt om zichzelf binnen een gastheercel te repliceren. Kort gezegd zal het enzym DNA in veel kleinere stukjes hakken die weinig gevaar voor de cel opleveren. De enzymen zijn genoemd naar de soort en stam van bacteriën die het produceert. Het eerste restrictie-enzym geëxtraheerd uit Escherichia coli-stam RY13 wordt bijvoorbeeld EcoRI genoemd en het vijfde enzym geëxtraheerd uit dezelfde soort wordt EcoRV genoemd.

Laboratoriumcomfort

Het gebruik van Type II-beperking enzymen zijn bijna universeel in laboratoria over de hele wereld. DNA-moleculen zijn extreem lang en moeilijk te beheren, vooral als een onderzoeker alleen geïnteresseerd is in een of twee genen. Met restrictie-enzymen kan de wetenschapper het DNA betrouwbaar in veel kleinere porties snijden. Deze mogelijkheid om DNA te manipuleren heeft ruimte voor beperking van het in kaart brengen en moleculair kloneren mogelijk gemaakt.

Restriction Mapping voor

In een laboratoriumomgeving is precies weten waar bepaalde restrictieplaatsen zich op een DNA-streng bevinden uiterst nuttig en handig. Als de DNA-sequentie bekend is, kan het in kaart brengen van de restrictie worden gedaan door de computer, die snel alle mogelijke restrictie-enzymherkenningssequenties in kaart kan brengen. Als de DNA-sequentie niet bekend is, kan een onderzoeker nog steeds een algemene kaart maken door zelf verschillende enzymen te gebruiken en samen met andere enzymen om de molecule te splitsen. Met deductief redeneren kan de algemene restrictiekaart worden gemaakt. Het hebben van een restrictiekaart is van cruciaal belang bij het klonen van genen.

Moleculair klonen

Moleculair klonen is een laboratoriumtechniek waarbij een gen wordt gesneden uit een doel-DNA-molecuul, meestal geëxtraheerd uit een organisme, door restrictie-enzymen. Vervolgens wordt het gen ingevoegd in een molecuul dat een vector wordt genoemd, meestal kleine stukjes circulair DNA, plasmiden genaamd, die zijn gemodificeerd om verschillende restrictie-enzym-doelsequenties te dragen. De vector wordt opengeknipt door restrictie-enzymen en vervolgens wordt het gen in het cirkelvormige DNA ingebracht. Een enzym genaamd DNA-ligase kan vervolgens de cirkel hervormen om het doelwitgen op te nemen. Zodra het gen op zo'n manier is 'gekloneerd', kan de vector in een bacteriële cel worden ingevoegd, zodat het gen eiwit kan produceren.